專利名稱：液體－電子混合式分壓器的制作方法
技術領域：
目前的主題涉及到一個基本的液體一電子混合式變阻器，由該變阻器可衍生出混合式分壓器和處理器。以上組件可以獲得液體一電子形式的信息接口。
背景技術：
大多數(shù)的電子器件由第一代真空管(第一代的電子邏輯門)演化而來。今天，任何電腦的中央處理器里已經(jīng)集成了超過2千萬個邏輯門。電子系統(tǒng)基本上是由基本元件和這些元件構成的模塊組成的。邏輯門和數(shù)字編碼器就是電子系統(tǒng)中的基本元件的例子，如果給予一個或多個邏輯輸入，則該電子系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)字運算并輸出一個邏輯輸出。例如，一個簡單的邏輯門有兩個變量輸入，可以形成16種可能的代數(shù)函數(shù)；由4個異或門組成的簡單結構可以執(zhí)行全部16種邏輯運算。據(jù)此，這種結構被稱為通用邏輯門(ULG)，它可以應用在幾乎所有的情形中。作為非限制性的例子，當開發(fā)通信領域的過濾器時通用邏輯門可用于波形對比，或者當使用對比輸入和輸出電流來確定調整指數(shù)的斷路器和反相器時，用于機械裝置中。因此，一個在這些基本元件的幫助下構建的控制系統(tǒng)是有必要的。應用流體學是一種進行類似電子運算的模擬。例如，早在1970年，就已經(jīng)實現(xiàn)了水詢問器和其它復雜的流體功能。微型化的瓶頸限制了應用流體學的發(fā)展，并導致該運算分支的衰退。通過光刻特別是軟光刻技術的應用，如今實現(xiàn)了毫米甚至納米級的流體通道。相應地，具有若干微米或納米范圍的尺寸的通道的微米/納米流體芯片在“芯片實驗室”的應用領域具有非常重要的意義，并且可用于化學反應和生物檢測，包括新化學藥品的合成、酶分析、DNA分析和蛋白質組學等等。傳統(tǒng)的操作，比如樣品制備、預處理和試驗檢測都可以集成在Iv芯片上面?；谝旱蔚奈⒘黧w芯片集成了產生、檢測和操控(分裂，融合和分離)等在微設備中對離散化的液滴的處理。微量液滴廣泛應用在高通量化學反應以及化學和生物學里的單細胞操控。使用液滴的“芯片實驗室”是一種醫(yī)學和生物學應用所渴望的設備，特別是發(fā)展中國家的“救護地點檢測(P0C)”和“室外檢測”方面?，F(xiàn)存的傳統(tǒng)設備有很多缺點，比如高能耗、沉重的電負荷和環(huán)境的依賴，對比之下，這種“芯片實驗室”概念可以克服這些缺點?？茖W家一直在努力重塑其中有一些常用的邏輯門組件在其它系統(tǒng)中的應用通過流體二極管、微電化學邏輯(參考示例[NPL 27])、導電聚合物電極陣列(參考[NPL 24])，已經(jīng)成功地實現(xiàn)了某些二進制邏輯。在微流領域，研究人員已經(jīng)詳細檢查了流體動力學調節(jié)(參考示例[NPL 9]、[NPL 16]、[NPL 19])和靜態(tài)結構流體操縱(參考示例[NPL5]、[NPL11]、[NPL 14]和[NPL 25])的可行方案。簡單的邏輯器件如與門，或門，靜態(tài)流體晶體管和振蕩器就是其中具有代表性的元件?，F(xiàn)有設備的問題，在其依賴于復雜的結構或外部支撐組件。它們的限制在于需要笨重的外圍設備來往返操作，或需要復雜的三維微結構。此外，它們還受限于加工制作所使用的軟光刻技術；在預先設計的架構上執(zhí)行不同的任務，它們不具有重新編程或級聯(lián)的能力。例如，[PTL I]描述了一個通過控制單向閥門實現(xiàn)流體從泵到儲液槽單向流動的系統(tǒng)，這種功能是通過調節(jié)氣壓的高低來實現(xiàn)的。它也可應用在其它執(zhí)行模擬功能的器件上面，比如開關調節(jié)器。在[PTL 2]中，液體的邏輯功能是通過設計不同的結構來改變壓力，進而改變流體流動的方向。類似的，在[PTL 3]中，器件是基于最小化兩種微流通道液體的表面能的原理。[PTL 4]描述了一個使用預編程流體邏輯的操作工具，它的邏輯功能的實現(xiàn)是通過使用具有預先設計的隔開的端口的流動路徑和可改變尺寸的孔以實現(xiàn)離散壓力以及基于對壓力靈敏性不同的設備(如薄膜和活塞)的流體流量控制，以提供執(zhí)行通信操作的一個 或多個輔助工具，和執(zhí)行某些服務。[PTL 5]描述了一個集成了多種可用于處理不同媒介的有源元件的微流處理器，這些有源元件通過改變自身的體積、溶脹度、材料組成、強度和/或粘度發(fā)揮作用。所執(zhí)行的過程是由微流體處理器建設性構造通過將具有各種獨立邏輯功能的元件、通過有源元件的激活時間順序聯(lián)起來執(zhí)行的，同時也要依賴于各個元件的處理速度和精確度。這個過程是由一些非定向作用的環(huán)境參數(shù)共同作用而實現(xiàn)的，特別是，溶劑或環(huán)境溫度(或者二者同時)的感知。在“芯片實驗室”中，需要使用電子信號，通過液體-電子信息接口控制流體和做生物分析。微流芯片可以實現(xiàn)高通量樣品篩選和信息處理。因此，需要高密度的控制單元、閥門和混合組件。類似器件的例子在[NPL 9]和[NPL 19]中都有描述。雖然這種系統(tǒng)通常需要一些輔助的芯片外的宏觀電磁陣列控制的外圍設備，但是，由于可測量性和級聯(lián)性，芯片上的控制組件具有很高的吸引力。一般來說，數(shù)字型微流(DMF)被局限在利用介電材料的電潤濕(EWOD)來控制整個系統(tǒng)；示例如[NPL I], [NPL 8]，它們是被普遍認為的一些可行的可以實現(xiàn)數(shù)字型微流的技術；示例如[NPL 17]。實際上，除了所提到的芯片上控制方案，利用計算機控制液滴移動的EWOD是一種眾所周知的精確控制“數(shù)字化”液滴的方案。在這種系統(tǒng)中，液滴的每一步運動都可以通過電信號來控制，示例如[NPL 8]，[NPL13]，[NPL 15]和[NPL 18]。盡管如此，它的邏輯操作還是通過外部的計算機系統(tǒng)來控制的，液滴被動地對控制信號做出反應。在利用介電材料的電潤濕(EWOD )的系統(tǒng)中，液滴只能對電信號的輸入做出反應，而對液體(液滴)形式的輸入?yún)s被忽略了。因此，EWOD的預定義往返路程控制方案體現(xiàn)了其電的特性，而非流體的特性，并且減少它的靈活性和類似于計算機的作為一個真正的數(shù)字化微流體裝置的應用。另外一些研究實現(xiàn)了對純流體的邏輯操作，比如，結構控制的氣泡邏輯和連續(xù)相(continuous phase)邏輯(參考[NPL 22])。上述的技術都是基于壓力的,而壓力是靠特定的通道設計產生的，由此不可避免的產生對流體系統(tǒng)擾動的放大。實際上，以前的設計都引入了非常復雜的三維結構，并且每個邏輯功能都需要特定的設計，請參考示例[NPL 14]，[NPL 11]和[NPL 25]。三維結構在芯片的集成上面會造成許多實際的困難。首先，三維連接會產生渦流，進而發(fā)生非預期的液滴融合和流體擾動，導致信息遺失；其次，為了實現(xiàn)一個邏輯處理器，所有的邏輯功能都需要級聯(lián)起來實現(xiàn)信息處理。從技術上來說，三維微流通道不能大規(guī)模生產、不是標準的邏輯單元結構、困難的對齊過程、不可靠的各層之間的黏合，還有之前提到的流體的擾動，這些問題造成了制作實用的三維計算器件的困難。由于每個特定的邏輯功能都是通過一些特定的結構實現(xiàn)的(示例[NPL 14], [NPL 11]和[NPL 25])，每個不同的邏輯輸出只能通過集成多個邏輯部件實現(xiàn)，每次都需要不同的設計、另一輪組建、新組建的結構要應對潛在的流體擾動問題。例如[NPL 28]描述了一些可行的邏輯控制，但是同樣需要一些復雜的電極排列和額外的電極控制，而[NPL 5]，[NPL 14]和[NPL 20]是僅僅依靠結構、表面張力和流速實現(xiàn)被動控制的微流芯片。因此，需要一個主動控制的器件取代被動控制的器件，這需要依靠氣壓和結構的變化來實現(xiàn)。
保留了微器件的精細操作的同時，需要芯片上的液滴控制簡化控制體系。同時，而且需要微流計算器件足夠的“聰明”到可以自己“思考”，例如，可以完全根據(jù)輸入按照設定的任務實現(xiàn)輸出(示例[NPL7])。研究人員已經(jīng)在流量控制方法(示例[NPL 14]，[NPL 11]和[NPL25])和氣泡/液滴方案(示例[NPL 14]和[NPL 5])兩個方面證明了其可能性。在數(shù)字化微流領域，皮升的液滴可以作為微型化的反應器，而液滴的有和無可以等效的視為二進制中的I或者O。并且，液滴的顏色、體積和成分組成了其它維度的信息。因此，基于液滴的微流邏輯器件是有需求的，它們可以通過自反饋來實現(xiàn)控制，還可以級聯(lián)起來在嵌入式流體控制和計算方面體現(xiàn)獨特的優(yōu)勢。下面介紹的器件避免了往返的操作，同時實現(xiàn)了自主反應、邏輯操控和可再編程的混合電路。這種器件與現(xiàn)存的微流和電子技術都是相容的，并且，它還提出了一些可大規(guī)模集成的標準設備結構。與其它PTL的例子對比，該器件實現(xiàn)了主動控制的功能，還提供了一個用于自動液滴控制的反饋系統(tǒng)。此外，液滴信息也可以被轉換為電信號用以檢測和其它的控制。因此，電路和微流通道被真正地結合在一起，其中后者作為電路中可調的部件。這里討論的自動液滴邏輯操作是通過“混合式分壓器”結構，利用液滴作為混合電子部件進行自動控制來實現(xiàn)的。混合式分壓器可以是一個基本的液體一電子混合式變阻器、一個混合分壓器以及相關的混合處理器。它可以被理解為通過流體形式的分壓器實現(xiàn)的流體二極管，并具有可傳遞的電路原理和迄今為止最簡單的體系和結構。通過“混合式分壓器”的引入，我們開創(chuàng)了一種新的完全自主控制的液滴邏輯控制的領域。傳統(tǒng)的往返的計算機命令控制的閥門或液滴(EW0D中)被可再編程的液體結構所取代，并且流體的輸出完全由輸入決定，由此實現(xiàn)了液滴控制的微流邏輯(芯片上的液滴控制)，參考示例[NPL23]?，F(xiàn)有的流體邏輯門技術包含用于各個特定邏輯功能的一個或多個不同的芯片形狀，這限制了它們的應用。同一個芯片中的流體通道不能重新排布以實現(xiàn)另一種邏輯功能。相反，必須為其它任務建造另一個芯片，例如，10個芯片完成10種任務。相比之下，這里討論的混合式分壓器可通過電壓再編程，即，像流體CPU —樣，一個芯片/處理器完成一種任務。將液滴引入電路，或者相反的，將電開關/驅動器作為一個部件引入流體電路在很多組合和應用中具有價值。因此，快速和自動的液滴邏輯控制可以通過這種方式實現(xiàn)。此夕卜，一些實際問題可以通過像前面描述的流體混合二極管的集成來實現(xiàn)流體處理器可利用電壓信號再編程并響應流體輸入，即流體輸入決定流體輸出。

發(fā)明內容
一方面，提供了一種混合式分壓器或者可變電阻器。該混合式分壓器或者可變電阻器包括一個輸送載流流體和液滴的通道，載流流體具有第一介電常數(shù)或電導率，液滴具有第二介電常數(shù)或電導率。另外，混合式分壓器或者可變電阻器還包括可由電子電路代替的兩個電壓可調的輸入端，一個電子元件或通道(包括一對電極和通道中的載流流體)、一個輸出信號電路、一個控制元件或者反饋元件、一個將阻抗與第二電極連接的第一導體。電子元件或者通道包括一個阻抗,該阻抗從包括電阻、電感和電容組成的集合中挑選?？刂圃蛘叻答佋哂羞B接到輸出信號的第一端、連接到可控器件的第二端，該可控器件從 包括泵、閥門的集合中挑選。所述的一對電極是有關通道中的載流流體的對電極。另一方面，混合式開關包括混合式分壓器和驅動器。當液滴出現(xiàn)在所述對電極之間的時候驅動器打開。另一方面，提供了一種液滴存儲系統(tǒng)，其包括混合式分壓器和長通道，該長通道包括嵌入了泵的微通道。另一方面，提供了一種器件控制器，它包括多個并行連接的混合式分壓器，該混合式分壓器的并行輸出信號可以用來控制一個器件。另一方面，提供了一種集成處理器。該集成處理器包括串聯(lián)和并聯(lián)的多個混合式分壓器，以實現(xiàn)多種任務。另一方面，提供了包括多個混合式分壓器串聯(lián)而成的儀器，其中至少一個混合式分壓器的輸入信號來自前繼混合式分壓器或者其它電源的輸出信號組成的組。另一方面，提供了包括一個或多個混合式分壓器的裝置，其中一個或多個混合式分壓器構造為混合式復制器、混合式計算機、編碼器、解碼器、多路復用器或者其它邏輯器件。另一方面，提供了一種包括一個混合式分壓器的液滴產生模塊，其中部件和/或通道在多層芯片上面制作，并且芯片層級結構可以觸發(fā)和釋放電子信號和流體信號，并至少引起電壓和液體的流動。另一方面，提供了一種包括一個混合式分壓器的液滴檢測系統(tǒng)。另一方面，通過了一種包括多個混合式分壓器和一個液滴融合模塊的液滴反應系統(tǒng)。另一方面，提供了一種包括多個混合式分壓器并聯(lián)的液滴反應系統(tǒng)，混合式分壓器的這些并行的輸出用以控制一個器件。另一方面，提供了一種包括流體通道裝置的混合式可變電阻器/分壓器，該流體通道裝置包括用于輸送載流流體和液滴的裝置。該混合式可變電阻器/分壓器還包括電壓輸入裝置，其具有可由一個或多個電子電路代替的電壓可調的輸入裝置；和電子元件裝置或電極裝置，其與流體通道裝置中的載流流體協(xié)作以提供阻抗，該阻抗來自于電阻、電容和電感組成的組中?；旌鲜娇勺冸娮杵?分壓器還包括對阻抗作出反應的控制或者反饋裝置，該控制或者反饋裝置具有一個流體控制輸出，其中至少兩個電極裝置構成了通道內的載流流體的對電極。


圖I是一個對液體做邏輯操作的混合式分壓器的示意圖。圖2是一個由多個阻抗集成的混合式分壓器的示意圖。圖3是一個可以應用來處理連續(xù)信號的混合式分壓器的示意圖。圖4是等效的混合式分壓器的符號。圖5是由一個主要由混合式分壓器和一個可對混合式分壓器的輸出電壓做出響應的驅動器組成混合式開關的示意圖。圖6是一個由兩個圖5中的混合式開關級聯(lián)起來組成的裝置的示意圖，其中，第二 個驅動器(第二個混合式開關)由第一個混合式分壓器的輸出電壓控制。圖7是一個混合式開關的示例。圖8是液滴廣生和存儲/顯不模塊的不意圖。圖9是液滴產生和存儲/顯示模塊的示例示意圖。圖10是由混合式分壓器串聯(lián)起來的結構的示意圖，它可以應用在復雜的混合信號的邏輯處理。圖11是多個混合式分壓器串聯(lián)以實現(xiàn)復雜邏輯處理的示意圖。圖12是由混合式分壓器并聯(lián)起來的結構的示意圖，他可以應用在復雜的混合信號的邏輯處理。圖13是多個混合式分壓器并聯(lián)以實現(xiàn)復雜邏輯處理的示意圖。圖14是混合式通用邏輯門的示意圖，它是由兩個混合式分壓器并聯(lián)形成的簡單示例，以及定義了一個等效的混合式通用邏輯門的符號。圖15是一個通用邏輯門的具體例子，其利用兩個混合電阻分壓器實現(xiàn)的通用邏輯門。圖16是一個集成的混合處理器的示意圖，它通過將許多混合式分壓器有目的的同時串聯(lián)和并聯(lián)起來以實現(xiàn)所需要的信息處理功能。圖17是一個多重混合復制器的示意圖，它可以復制液滴，也可以復制電信號，并定義了一個液滴復制器的等效標志。圖18是圖17的多重混合復制器的示意圖。圖19是混合編碼器，特別是一個4至2線編碼器的示意圖。圖20是混合編碼器，特別是一個2至4線編碼器的示意圖。圖21是一個反轉的混合解碼器的示意圖。圖22是一個多路復用器(特別是4輸入的流體多路復用器)的示意圖。圖23是圖22的多路復用器的真值表。圖24是混合式分壓器或者集成混合處理器的制作流程的圖片，它們都是基于PDMS的微流芯片。圖25是由三個混合式分壓器組成的芯片的示例。圖26是圖25構造的示意圖。圖27是另一個液滴反應模塊的示意圖。
圖28是對比實際應用中的液滴檢測模塊和對應的原型的示意圖的對照說明。
具體實施例方式所提到的器件是可以完成自反饋的微流計算任務的邏輯組件。該器件利用隨機的/已調制的信號作為輸入以控制嵌入的氣閥的開關，從而達到使用相同結果控制第二個混合邏輯器件的液滴的輸入。各個級聯(lián)的器件之間的邏輯協(xié)議可以通過輸入電壓裝置進行預編程，進而實現(xiàn)液滴運算的自動方案。外圍設備以及預先設定的往返操作已經(jīng)被最小化為允許的最小數(shù)量，因此當通過再編程能力獲得更多有計劃的系統(tǒng)功能時，大大簡化了控制方案。本主題提出了一個稱之為“混合式分壓器”的結構，這種結構保留了分壓器的形式，并且可以應用在快速檢測和精細控制方面，特別是微流/納流的液滴的領域?！盎旌鲜椒謮浩鳌钡妮斎胄盘柤瓤梢允请娦盘栆部梢允橇黧w信號，同時它的輸出也可以是這兩種形式。流體信號的輸出也可以被存儲或者顯示在可以通過連接的閥門控制的流體的通道里面。電壓的輸出信號可以根據(jù)不同的應用，既可以是連續(xù)信號也可以是離散的信號。連續(xù)的輸出 信號可以用在檢測不同流體/液滴的特性，并可以控制信號處理的元件；離散的信號可以 用做驅動器或者泵的控制信號，還可以用以實現(xiàn)數(shù)字化的信息處理。因此，本主題的有效集成是實現(xiàn)數(shù)字流體信息以及實現(xiàn)基本的混合邏輯功能(例如開關、邏輯門、編碼器、解碼器和多路復用器)的一種方式，這些基本的功能是實現(xiàn)最終的流體計算或混合計算的前提條件。一方面，本發(fā)明提出了一個可用于處理電信號和流體信號的混合分壓器。分壓器是一個簡單的線性結構的電路，它有一個輸出電壓(V-)，并且輸出電壓是輸入電壓(Vin)的一部分。分壓指的是在器件的各個元件之間將電壓分割。在該處提到的混合式分壓器中，流體通道中的多相流體被用作阻抗元件。流體通道由兩個嵌入在通道側壁上的兩個相反的電極組成，這對電極被用作流體特性(例如，大小、介電特性等)的檢測器。在此舉一個簡單的示例，混合式分壓器包含一個阻抗元件、一個由流體通道和一對嵌入在通道側壁上的兩個相反的電極組成的阻抗元件、一些導體(如導線、碳基導電的聚二甲基硅氧烷或者CPDMS)，它們被用于連接電壓輸入和輸出。第一流體通道中輸送的是一種載流體和一種載流體中的第二流體的液滴，載流體具有第一介電常數(shù)或者電導率，以及液滴具有第二介電常數(shù)或者電導率。液滴在第一通道中(特別是在第一通道的一對電極之間)的存在與否組成了一個可調制的阻抗，該阻抗可以調節(jié)電極之間的分壓，進而提供數(shù)字信號。比如，我們可以定義(I)對應于液滴在兩電極之間，而(O)對應于液滴現(xiàn)在不在電極之間。通過調節(jié)液滴或者電子元件(包括輸入信號、阻抗等)，我們可以得到需要的電壓信號。該電壓信號還可以供其它需要的電子電路使用。當需要復雜的混合邏輯處理的時候，多個混合式分壓器單元可以集成在一個芯片上以實現(xiàn)一個特定的功能。此外，可以實現(xiàn)所需要的多用途混合信息處理的流體邏輯處理器也可以通過集成大量的混合式分壓器來完成。本主題的另一方面，阻抗可以由四組特定的分壓元件組成，如電阻、電導、電容和流體形式的阻抗。根據(jù)不同的目標功能和所處理的流體的電的特性，我們可以選擇適合的元件。例如，導電樹脂、電磁線圈和介電材料都可以分別作為混合計算微流/納流芯片中的電阻、電感和電容來使用。這些元件甚至可以指定為另外一個包含具有適當絕緣性或電氣性能的流體的通道。這里提出的方法可以應用在制作一些具有分壓組件的儀器上面，而這些分壓組件作為商業(yè)化的電子元件和具有適當介電特性的液相材料。例如，電流變液(ERF)，作為一種介電性質的智能材料，可以代替商業(yè)化的電容器以實現(xiàn)阻抗的功能。另外一些智能材料，如磁流變液(MRF)、溫度感應材料、碳基導電的聚二甲基硅氧烷(CPDMS)、離子液體等都可以作為混合式分壓器中的元件來使用。本主題的另一方面，輸出電壓信號既可以是連續(xù)的信號也可以是離散的信號?；诨旌鲜椒謮浩鞯姆謮旱谋举|，輸出電壓可以由輸入信號、液滴的特性、阻抗值、阻抗連接方法、阻抗的數(shù)量，以及很多其它相關的方式來調節(jié)。在一個特定的包含流體阻抗的混合式分壓器中，某些因素比如阻抗的數(shù)量和阻抗同輸入電壓之間連接的方式已經(jīng)設定好了，即具有某個數(shù)值和裝置。具有不同導電率和介電性質的不同液體的液滴始終 分散在一種絕緣的液體里面，導致液體阻抗的流動。當一對探測電極之呈現(xiàn)不同的流體的液滴時，流體阻抗的數(shù)值會發(fā)生變化，從而引起混合式分壓器的輸出電壓的變化。通過信息處理過程中輸入電壓的變化，可以獲得許多輸出電壓的值，另外一個不例，我們可以定義一個閾值輸出電壓(比如一個驅動器的驅動電壓)，這樣，高于該閾值電壓的值被定義為真(1)，低于該電壓的值被定義為假(O)。進而，通過混合式分壓器，數(shù)字化的或者說是二進制的信息處理得以實現(xiàn)。本主題的另一方面，設計中的微流/納流通道是為混合邏輯處理提供流體的輸入信號。在一個非限制性例子中，根據(jù)本主題的這個方面的裝置可包括用于運輸具有第一介電常數(shù)或導電率的載流體以及具有載流體中的第二介電常數(shù)或導電率的第二流體的液滴的通道、以及阻抗(如電阻器)。液滴在第一通道中的一對相反的電極之間的出現(xiàn)與消失，向與阻抗相連的電極傳遞了電位，并將會改變混合式分壓器中的電壓分布。在這種方式中，通過通道的電壓降會根據(jù)液滴在電極之間的存在與否發(fā)生變化。例如，如果第二流體的液滴的導電性高于載流體的導電性，那么當液滴存在于電極之間時，通過通道的電壓降將會減小。相反，通過電阻的電壓降將會增大，一般來說電阻的阻值是可比并且大于液滴的阻值的。因此，當液滴出現(xiàn)在電極之間的時候，主要的壓降發(fā)生在電阻之間，從而造成了混合式分壓器的輸出電壓減小。在一個實體化的例子中，我們選用離子液滴作為第一流體通道中的液滴，對應的阻抗選用一個與離子液滴相容的電阻。通過這種形式的非限制性例子，這種元件可以串聯(lián)起來形成流體形式的模擬電阻分壓器。流體通道中的電阻運輸具有第一介電常數(shù)或導電率的載流體以及離子液體。液滴在電阻流體通道中，特別是一對電極之間的出現(xiàn)與否，為我們提供了數(shù)字化的流體信息，比如，我們可以定義(I)對應于液滴出現(xiàn)，(O)對應于液滴當時不存在。因此，混合變阻器/分壓器的輸出電壓可以根據(jù)液滴的出現(xiàn)與否而變化。根據(jù)本主題的另一方面的裝置可以引入一個產生和控制液滴和/或載流體的模塊。這種模塊通過微流閥門系統(tǒng)和/或流動聚焦結構等方式來控制。該裝置還可以包含一個電壓源為模塊提供電壓。該裝置還可以包含一個第一流體的載流體源和第二流體的液滴源，第二流體與第一流體具有不同的介電常數(shù)或導電率。這些流體源可包含例如泵或容器用于容納液體。優(yōu)選地，該裝置還可包括輸出、存儲、和/或顯示通道用以產生/利用流體信息。
本主題的另一方面，混合式分壓器的邏輯操作可以在輸入信號保持不變的情形下，僅僅通過液滴信號來控制。傳統(tǒng)的流體邏輯門包含一些主動的控制信號(手動的或者計算機控制的)，流體/液滴只被動的對控制信號做出反應。相比之下，本主題實現(xiàn)了真正的液體邏輯運算一旦混合式分壓器(或集成混合式分壓器)的邏輯功能確定之后，流體邏輯就主動地通過液體產生了。另一方面的方法可在輸入電壓信號保持不變的情況下，利用液滴的存在與否定義混合邏輯操作的開/關轉換信號。選擇性地，輸出電壓可在混合式分壓器的輸入電壓保持不變的情況下，通過液滴在載流體中的導電率/介電常數(shù)值不同而調整。本主題的另一方面，輸出信號可以有多種用途。例如，流體的信息可以通過一個由輸出線連接的電子感應器提取出來?？色@得流體流動的信息，如流速、溫度、液滴的大小等等。又例如，輸出信號可以用來控制另外一個電路或者控制微流/納流通道中的液體流動。在一個典型的實例中，混合式分壓器可以被用作實現(xiàn)數(shù)字化的/混合的信息處理，例如混合式開關。又例如，混合式分壓器包含一個運載著離子液滴和絕緣運載體的第一通道，以 及一個同離子液滴具有相同電阻值的電阻器。該混合式分壓器的電壓輸出端連接到一個電子驅動器。離子液滴在流體通道中的一對電極之間的存在與否將會影響混合式分壓器的輸出電壓，并改變驅動器兩端的電壓差，進而改變驅動器的開/關狀態(tài)。這樣，一個混合的開關就實現(xiàn)了。在另一個典型的實施例中，這種結構可以用來控制液滴在交叉通道中的流向。這可通過將輸出信號連接到一個可以產生或停止液體流動的泵或閥門實現(xiàn)。根據(jù)本主題的另一方面，該裝置也可以用于控制電氣元件，如微泵和微閥門，或者智能材料，例如電流變液(ERF )、磁流變液(MRF )，溫度感應材料等等?？刹贾靡粋€電路來實施另一個相連的組件的電壓輸入，以獲得該組件兩端的電位差。該電路可以是一個模塊或另一個混合式分壓器。本主題的另一方面，可裝配/集成一個功能塊以形成任何期望的邏輯操作，從而實現(xiàn)所謂的混合處理器用來處理電信號或流體信號或二者同時?；旌鲜椒謮浩魇腔旌闲畔⑻幚硐到y(tǒng)的一種基本單元。兩個混合式分壓器的組合可以輕松地實現(xiàn)通用邏輯門，這種通用邏輯門包含了 16種基本的邏輯門。這16種基本的邏輯門可以通過輸入電壓信號和通道中的原料的詳細設計來構造。例如，兩個混合式電阻分壓器的輸出信號輸入到一個驅動電壓為5V的驅動器。為了實現(xiàn)“異或”邏輯門，電阻器的兩個輸入端接地，流體通道的兩個輸入端接到一個IOV的電壓源。當液滴存在于兩個流通通道的任意一個通道的電極之間時，驅動器將處于“開”的狀態(tài)，當沒有液滴存在，或者兩個液滴同時出現(xiàn)在兩個通道的電極之間時，驅動器將處于“關”的狀態(tài)。全部16個邏輯門操作都可以類似的原理通過重新安排輸入信號來實現(xiàn)。優(yōu)選地，第一流體通道和第二流體通道中的控制液滴最好是導電的材料，例如由高離子濃度的溶液構成。上面所描述的裝置便是混合式分壓器，它們可以通過串聯(lián)和并聯(lián)來實現(xiàn)混合的信息處理/計算。串行連接可以實現(xiàn)不同情形下的多個步驟，比如利用一個混合式分壓器的輸出作為令一個混合式分壓器的輸入；并行連接的各混合式分壓器可以同時獨立地處理信息。通過串行和并行的結合，可以實現(xiàn)由流體通道和阻抗組成的混合邏輯處理器。在這種情況下，一個混合式分壓器就像是一個電子系統(tǒng)中的集成電路，它可以完成很多復雜的任務。因此，任何由混合式分壓器組成的元件都可以被視為是一個基本單元，而這些單元可以被重新組合成任何期望的結構，從而實現(xiàn)期望的功能。本主題的另一方面，反饋系統(tǒng)的引入可以實現(xiàn)模數(shù)/數(shù)模(AD/DA)轉換器。在微流/納流系統(tǒng)中，很多參數(shù)都是有價值的，例如，化學組分、液滴的動力學、化學成分的濃度、液體的顏色、液體的溫度、液體的光學特性等等。在另一個例子中，輸出信號可以連接到下一個單元的液滴產生器上。如果離子液滴的長度足夠長，并且其載流體是絕緣的，那么輸出電壓可以在長時間保持高電壓。然后，液滴產生器可以根據(jù)設計原理產生較多或較長的液滴；反之，將會產生較少/較小的液滴。本主題的另一方面是實現(xiàn)集成的混合計算，其中的“混合式分壓器既可以通過適當?shù)呐帕蟹绞郊稍谝粋€芯片上面，也可以分別分布在不同的微流芯片上面，它們之間通過導線按照適當?shù)姆绞竭B接起來。在另一個例子中，可將兩個混合式分壓器以非常有限的距離集成在一個芯片上，以實現(xiàn)通用混合邏輯門，或者可以將一個驅動器的兩個輸入端用導線分別連接到兩個混合式分壓器的輸出端，但同時，這兩個微流的電路在物理結構上是 分布在不同的芯片上面的。如上所述，在微流芯片上面實現(xiàn)微流控制的相關技術是很多的。隨著電流變液效應的改進和軟導電混合物的發(fā)展，研究人員已經(jīng)能將這些新技術與微流體技術集成在一起，以此實現(xiàn)納升到皮升大小的液滴的數(shù)字化，并獲得液滴邏輯/存儲/顯示模塊。這里介紹的混合式分壓器是一個具有三重功能的液體信息處理單元液滴感應器、驅動器和媒介存取(例如，用于計算機)。微流混合器、存儲器、顯示器和液滴調制等都適合這里討論的“混合式分壓器。例如，一個高度集成的DNA擴增的微流芯片可以通過相關的技術來實現(xiàn)。在不久的將來，通過簡單地組合一些微液滴的邏輯門可以實現(xiàn)微流處理器，類似于微電子計算機。更進一步的，上述的所有方法的結合可實現(xiàn)混合計算系統(tǒng)。另外，這里提出的系統(tǒng)中的所有元件都包含嵌入了芯片的電極，這些電極的主要是作為具有電子設備的信息接口，制作高度集成化的包含個人電腦和微流處理器的系統(tǒng)成為可能。毋庸置疑的，該邏輯器件的處理能力(流體反應時間的量級為10毫秒)略慢于一般的個人電腦(電子芯片的反應時間為納秒量級)。這種延遲可以通過調節(jié)流體的流速以及流動聚焦的幾何結構來改善，但是不能完全消除。雖然如此，微流體技術和電子技術處理的問題并不相同微流體技術設計的目的并不是想要成為大型計算機的中央處理器計算系統(tǒng)，而是特殊的用途，例如探索、LOC研究、POC應用(如便攜式診斷裝置)，在這些領域里面?zhèn)鹘y(tǒng)計算機有其自身內在的缺陷。微流芯片的未來不是用作計算用途，而是主要應用在多維度的信息處理方面。無論如何，微流芯片有其先天性的前途它在流體信息領域的擴展超出了“二進制信號0/1”，還包括了空間的、顏色的、以及生理的等多個維度的信息，參考示例[NPL6]，[NPL 10], [NPL 18]和[NPL26]。預先加入芯片的化學或生物的信息可以很好的保留在液滴中。例如液滴形式的聚合酶鏈式反應可以很方便的存儲和產生基因信息，參考示例[NPL 3]。微流芯片為我們提供了一個很獨特的工具，可以用來控制和處理生物的、化學的、環(huán)境的、基因的以及顏色的信息。鑒于DNA邏輯對模糊計算的貢獻，示例[NPL 2]和[NPL4]，其確實可被精心制作成皮升液滴，如果將像DNA計算這樣的計算納入其中的話，這真是難以預見微流芯片的未來。這里描述的混合式分壓器可以用以實現(xiàn)微流的處理器，它可以完成基于液滴序列的許多重要的控制和記憶操作。非線性的化學動力學、復雜的神經(jīng)傳導或者DNA計算，都可以在這種處理器的每個液滴里面完成，同時，這些液滴之間也可結合起來實現(xiàn)更為復雜的功能。電磁技術擴展了人們的感知系統(tǒng)，通過它我們可以在一個方便攜帶的器件上感知世界。通過微流技術，一些有生命的組織(像血液、組織、細胞或者DNA等等)已經(jīng)擴展到微流芯片中。基于混合式分壓器的微流技術可將擴展的“人體”和“人的感知系統(tǒng)”通過完全自動的方式融合到一片微流芯片上。這種集成的系統(tǒng)可以實現(xiàn)巨大的工業(yè)和研究的產出。根據(jù)上述各個方面的論述，本器件為混合的信息處理提供了一個簡單的數(shù)字化的基本單元，它可以同時處理電子信號和流體信號形式的輸入信息，而且輸出信息是電子信號和流體信號兩種形式。我們將這種處理元件定義為混合數(shù)字元件。該處理單元保留了分壓器的形式，因此稱之為混合式分壓器。“混合式分壓器”可以是一個基本的處理單元用以制作大規(guī)模的高度集成化的可以處理各種電子流體信號之間的數(shù)字操作的器件，如流體編碼器和多路復用器。通過反饋系統(tǒng)和主動控制系統(tǒng)的引入，混合式分壓器可以用于實現(xiàn)流體的或者混合的計算，并且還具有方便攜帶的尺寸和便宜的價格等優(yōu)點。這種儀器可以集成在一個微流/納流芯片上面，也可以分布在幾個分立的微流/納流芯片上面，這些分立的芯片通過適當?shù)姆绞竭B接在一起。芯片或者通道壁可以用聚二 甲基硅氧烷(PDMS)或者其它合適的材料來制作。芯片中的電極既可以與通道壁相連，也可以直接嵌入通道壁之中。通道的寬度和直徑尺寸可小于500微米。圖中的驅動器代表的是一個包含阻抗、流體通道、商業(yè)驅動器的混合驅動電路。實例I圖I是一個用于液體集成邏輯操作的混合式分壓器的示意圖。該裝置用于作為一個獨立的信號單元，即混合式分壓器。第一流體通道I作為流體信號通道，并輸運著具有第一介電常數(shù)或導電率的載流體40和載流體中的第二流體50的液滴。第一流體通道I既可以是簡單的流體通道，也可以是一個液滴產生或者液滴存儲/顯示模塊。承擔控制作用的液滴和第二流體50具有第二介電常數(shù)或導電率。優(yōu)選地，第二介電常數(shù)或導電率高于第一介電常數(shù)或導電率。第一通道I包含一對電極,第一電極31分布在通道的一端，與之相對的第二電
極32分布在通道的另一端。第一導體100將第一電極31和一個電源Vinl連接,被標記為
10。導體100-104既可以集成在微流/納流芯片上面(例如，AgPDMS傳導芯片)，也可以是
微流芯片外部的導線(例如芯片外部連接芯片內部的兩個電極的電線)。阻抗可以是一個電
阻、電感或者是一個電容，它通過導線102連接到被標記為11的第二電源Vin2。當導電的
/絕緣的液體通過對電極30和31時，通道I的兩端存在著電壓差。在電子系統(tǒng)中，這種簡
單的結構形成了一個分壓器，輸入電壓Vinl-Vin2與被標記為70的輸出Vtjutl的之間關系是 7
ναΑ=——{ν -% } Z2是液滴50在電極30和31之間時的阻抗，Zl是電子元件60的
4+4
阻抗值。液滴50的介電常數(shù)或導電率高于載流體40的介電常數(shù)或導電率。因此，通過通道I的電壓差會根據(jù)液滴是否在通道的第一電極30和第二電極31之間而變化。當液滴50在第一和第二電極之間時，通過第一通道I的電壓差比較低，通過阻抗的電壓差會比較大。然而，當載流體(例如，無液滴)出現(xiàn)在第一電極30和第二電極31之間的時候，通過通道I的電壓差會相對的比較高。此時，阻抗兩端的電壓差比較小，并且不足以達到定義的閾值電壓。
圖2是一個由多個阻抗集成的混合式分壓器的示意圖。在該裝置中，由于引入了更多的阻抗，混合式分壓器可具有更多的可變化參數(shù)，便于更多的輸入/輸出電壓組合。這種混合式分壓器可以被應用來完成輸出信號的精細調節(jié)。這里使用的阻抗可以是電阻、電感、電容和/或兩個電極之間的液滴。這種結構可以一般化為阻抗連接到任意形式的電路，輸出信號可以從電線的任意一端提取。實例2圖3是一個可以應用來處理連續(xù)信息的混合式分壓器的示意圖。它的結構類似于圖I。兩個可調節(jié)的輸入連接在驅動器的一端，同時驅動器的另外一端連到混合式分壓器的輸出端。該驅動器對連續(xù)電壓信號的改變很敏感。例如，將一個泵作為驅動器，混合式分壓器中的通道有3種類型的導電性和大小各不相同的離子液滴，阻抗I和阻抗2都是電阻并且具有相同的電阻值，驅動器連接到接地的輸入端4。由于液滴a和液滴b具有不同的導電率，當它們在兩個電極之間時，混合式分壓器的輸出電壓會發(fā)生變化。由于泵的輸入電壓不
同，導致流體的流速也不同。由于液滴b和液滴c的大小不同，導致了泵的有效運行的時間也不相同。因此我們得出結論離子液滴的體積越大，泵的運行時間就越長。表I列出了某一實驗裝置的實驗結果。輸入電SVinl, Vin2, Vin4，分別是9V，OV和OV0當這個實驗中的液滴的體積在納升量級或者皮升量級時，在相同條件下，泵的運行時間分別是t，t，和2t。表I :實驗結果
阻抗I 阻抗2 液滴導電液滴電阻液滴體積輸出電壓工作時間100 Ω 100 Ω__χ__100Ω__I^L__3V__50ms
100Ω 100Ω__3σ 33.3 ΩInL__L8V__50ms
100 Ω 100 Ω__3σ33.3 Ω2nL__1.8 VIOOms圖4是等效的混合式分壓器的符號。圖中忽略掉大部分的細節(jié)結構，利用一個簡單的三角形標志來代表混合式分壓器的宏觀結構。第一電壓輸入Vinll通過第一導體100連接到第一流體通道I，第二電壓輸入Vinl2通過第二導體102連接到“混合式分壓器內部的阻抗。利用一個通過三角形中間的箭頭代表流體的運行通路，也即第一流體通道I。流體的輸出通過第一通道完成，電子輸出Vratll通過第三導線104完成。輸出信號、反饋信號、和連接驅動器的控制信號都可以從導線104獲得。實例3圖5，圖6和圖7描繪了混合式開關的結構，它由混合式分壓器和對混合式分壓器的輸出電壓反應的驅動器組成。圖5是這種開關的示意圖，其中一個或多個驅動器通過導體104連接到混合式開關，在這種結構中，混合式分壓器的輸出Vratll將決定一個或多個驅動器是否具有活性。圖6是另外一種多種可能結構的開關示意圖，其中一個或多個驅動器通過一個導體104連接到混合式開關，因此，混合式分壓器的輸出Vratll將決定驅動器是否具有活性。同樣，輸出Voutll也用作驅動第二個“液體一電子混合式分壓器”的輸入Vin22。選擇性地，例如第三開關，輸入電壓可以來自前級混合式分壓器電路的反饋I和反饋2。圖7是一個混合式開關的示例。第一和第二通道I，2通過導體101，103以及第一、第二、第三、第四電極30，31，32，33相連，與根據(jù)圖I所描述的載流體不同。第二通道2中包括載流體41和第二類型的液滴51，第一面上的第三電極32和對面的第四電極33。輸入電壓Vin2可設置為10V，Vinl接地，同時連接的驅動器的驅動電壓為5V。電阻器80的阻值同液滴50的電阻相同，并且通過第一導體100和101分別連接到電極30和31。在特定的情況下，電阻器80可以是由第三流體液體50形成的液滴并分散在第四絕緣液體40中。當液滴出現(xiàn)在第二通道的對電極32，33之間時，輸出電壓為5V，驅動器處于工作的狀態(tài)，這種狀態(tài)被定義為混合式開關的“開”狀態(tài)。反之，當載流體41出現(xiàn)在通道2的對電極32，33之間時，輸出電壓為0V，結果是驅動器處于靜止狀態(tài)，這種狀態(tài)被定義為混合式開關的“關”狀態(tài)。由此，混合式開關的開/關狀態(tài)可以通過混合式分壓器和與其相連的驅動器來實現(xiàn)。由流體通道作為阻抗形成的混合式分壓器也可以用做模擬與門，條件是所有的通道中的液滴是導電材料或者高度絕緣。實例4圖8是液滴產生和存儲/顯示模塊的示意圖。液滴產生和存儲模塊的構造由流動聚焦通道1、2、3，液滴存儲通道4，和一個控制液滴產生和輸出的控制元件組成?？刂圃梢允且恍┮话愕耐ㄓ玫牟考绫?、閥門或者是一根金屬線，并不需要一些特別的設計或者修飾。預期的非限制性的閥門的例子包括螺線管閥門，示例[NPL 29]中描述的；流體形式的閥門，示例[NPL 25]中描述的；空氣閥門，示例[NPL 21]中描述的；或者基于電流變液的閥門，示例[NPL 12]中描述的。具有第一導電率和介電常數(shù)的第一流體50在通道I中流動，具有第二導電率/介電常數(shù)的第二 (載)流體40在通道2和通道3中流動?？刂菩盘?000和反饋信號1001可以被用作控制流體聚焦通道中的閥門。當控制的閥門打開的時候，它可以產生液滴，反之亦然。在存儲通道4中的液滴可以用作顯示液滴的顏色信息，或者它們也可以被抽出作為下一個單元的輸入信號。這種模塊可以設計得很簡單，也可以設計得復雜一些；圖7顯示了一種很簡單的結構。通過加入更多的運載著載流體和液滴的通道、更多的根據(jù)實際功能實現(xiàn)液滴產生和輸出的閥門，可以將這種結構變得更復雜；反之，通過減少不必要的元件，例如通道和閥門，以實現(xiàn)某個功能。圖9是一個簡化的液滴產生和存儲/顯示模塊的例子。具有一定導電率/介電常數(shù)的第一流體50在通道I中流動，具有第二導電率/介電常數(shù)的第二流體40在通道2和通道3中流動。一個由流體50的液滴在T-形交叉處形成，同時流體50被流體40在交叉處分割開來。實例5接下來，參考圖10和圖11，實例5描述了另外一種混合式分壓器的結構。在下面的描述中，只描述與實例I中的混合式分壓器的不同的部分。圖10是由混合式分壓器串聯(lián)起來的結構的示意圖，它可以應用在復雜的混合信號的邏輯處理。下一級的混合式分壓器B的輸入信號是上一級混合式分壓器A的輸出信號，這種方式可以無限制地重復至最后的混合式分壓器N*，以實現(xiàn)期望 的混合信息處理功能。圖11是多個混合式分壓器串聯(lián)以實現(xiàn)復雜邏輯處理的示意圖，其中的混合式分壓器A、B……N*以串行連接方式連接，如圖10所描述。實例6下面，參照圖12和13，實例6描述了混合式分壓器的構造。圖12是由混合式分壓器并聯(lián)起來的結構的示意圖，他可以應用在復雜的混合信號的邏輯處理。第一混合式分壓器A1和第二混合式分壓器A2可以利用獨立的輸入獨立地處理信息，它們的輸出信號Vratll和Vratl2是第一器件B1的兩個獨立輸入,優(yōu)選地,用一個驅動器來控制狀態(tài)“開/關”或者驅動器的其它工作狀態(tài)。并行配置的混合式分壓器的輸出信號可以用來控制無限多個器件，以及無限多個混合式分壓器，例如N個并聯(lián)的混合式分壓器的輸出可以用來控制η-i個器件，其中的一個混合式分壓器用于控制兩個驅動器。因此，第N級的混合式分壓器An以及它的前一級的混合式分壓器Alri可以根據(jù)不同的輸入信號，同時分立的處理信息，而且它們的輸出信號Vwtln和可以作為兩個分立的輸入用以控制第η-i級的器件Bn_1;優(yōu)選地，是一個驅動器，來控制驅動器的“開/關”狀態(tài)或者其它的工作狀態(tài)。 圖13是多個混合式分壓器并聯(lián)以實現(xiàn)復雜邏輯處理的示意圖，這里的混合式分壓器Ap A2……An是圖12中描述的通過并聯(lián)的方式連接在一起用以控制設備或驅動器B1-Bn-!的。實例7接下來，實例7將參考圖14和圖15描述如何利用兩個混合式分壓器組成一個混合通用邏輯門。圖14是混合式通用邏輯門的示意圖，它是由兩個混合式分壓器并聯(lián)形成的簡單示例，以及定義了一個等效的混合式通用邏輯門的符號。第一混合式分壓器A1的輸出電壓Vtjutll和第二混合式分壓器A2的輸出電壓Vratl2用來共同控制第一混合驅動電路B1。優(yōu)選地，混合驅動電路B1可包括一個商業(yè)化的驅動器和一個與之并聯(lián)的阻抗。優(yōu)選地，阻抗的電阻值與“混合式分壓器”的阻值相似。通過調節(jié)這兩個混合式分壓器A1和A2的四個獨立的輸入電壓，可以實現(xiàn)總共16種邏輯操作。這些邏輯操作是非、A與B、A幸>B, A, A< ^B, B, AXOR B, A OR B, ANOR B, A XNOR B, NOT B, A<=B, NOT A, A=>B, A NAND B,真。圖14還定義了一個簡化的標志來代表一個混合通用邏輯門。流體A和流體B代表流體輸入信號，Vinll, Vinl2, Vinl3和Vinl4是四個獨立的輸入電壓，它們決定了邏輯門的邏輯操作。一旦由4獨立的個輸入電壓確定了一個期望的操作，這里的“邏輯門”可以用任意16種特定的邏輯門來代替，例如16種邏輯操作的任何一個邏輯門的名字。一個指向上方的箭頭代表數(shù)字輸出信息，它一般是以電壓或設備工作狀態(tài)(如驅動器的開/關狀態(tài))的形式出現(xiàn)。在這里我們略去了結構的細節(jié)，主要目的是突出構造的原理。利用圖14中的混合通用邏輯門，可以獲得以下的關于多種邏輯功能的實驗數(shù)據(jù)。在這里我們選用一個磁性的閥門作為開關，盡管其它任何的對電壓敏感的閥門都可以用以代替磁性閥門或者這里所討論的任何閥門。門電壓設定為6V。表3顯示的是邏輯“AND”功能的實驗數(shù)據(jù)。Vinll、Vinl2, Vinl3和Vinl4的電壓輸入分別為5V和-5V。當液滴出現(xiàn)在流體通道的電極之間時，通道兩端的電壓差為2V，當液滴沒有出現(xiàn)時，通道兩端的電壓差為3. 6V，總的電壓差約為5V。表3 “A AND B”邏輯門的真值表
權利要求
1.ー個混合式可變電阻器/分壓器，包括 能夠輸運載流體和液滴的通道； 多個能夠由一個或多個電子電路替代的電壓可調的輸入端； 一個電子元件或通道，包含能夠與通道內的載流體協(xié)作的多個電極，該電子元件或者通道包括阻杭，該阻抗選自由電阻、電感和電容組成的組中； 輸出信號電路； 控制元件或者反饋元件，其一端連接到輸出信號，另外一端連接到一個可控器件，該可控器件選自由泵和閥門組成的組中；以及 第一導體，其將所述電極中的ー個與阻抗連接， 其中，所述電極中的至少兩個電極形成關于通道中的載流體的對電極。
2.權利要求I所述的混合式開關，其中，載流體具有第一介電常數(shù)或導電率，液滴具有第二介電常數(shù)或導電率。
3.ー種混合式開關，包括 如權利要求I的分壓器；和 驅動器， 其中，當液滴存在于對電極之間時打開驅動器。
4.權利要求3所述的混合式開關，其中，驅動器具有ー個驅動閾值電壓，并且驅動器與混合式分壓器相連接。
5.權利要求I所述的混合式可變電阻器/分壓器，還包含多個信息輸入/輸出，其中包括數(shù)字信息O和I、化學成分、液滴的大小、流體流動的動力學參數(shù)、化學物的濃度、流體的顔色、流體的光學性質以及流體的溫度。
6.ー種液滴存儲系統(tǒng),包括 如權利要求I所述的混合式分壓器；及 長的通道，包括可嵌入泵的微通道。
7.權利要求I所述的混合式可變電阻器/分壓器，其中，控制元件或者反饋元件包含一個電子可控的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括能用來控制液滴產生和流體流動的泵和閥門。
8.ー種器件控制器，包含 多個如權利要求I所述的混合式分壓器，它們之間是并行連接的， 其中，混合式分壓器的并行輸出信號控制ー個器件。
9.權利要求8所述的器件控制器，還包括至少ー個由兩個混合式分壓器并聯(lián)組成的通用邏輯門。
10.權利要求9所述的器件控制器，其中，邏輯信息包括ニ進制的邏輯信號，其中I代表驅動器的啟動信號，O代表驅動器的停止信號。
11.權利要求10所述的器件控制器，其中，驅動器包含泵、閥門或者智能材料，該智能材 料選自由電介質智能材料、熱調節(jié)材料、CPDMS混合物、離子流體及其它智能材料組成的組。
12.權利要求11所述的器件控制器，其中，智能材料包括電流變液(ERF)或磁流變液(MRF)。
13.權利要求11所述的器件控制器，其中，智能材料具有阻抗功能。
14.ー種裝置，包括 多個如權利要求I所述的混合式分壓器，它們之間是串行連接的， 其中，至少ー個混合式分壓器的輸入信號是前繼混合式分壓器的或其它電源的輸出信號。
15.—種集成處理器,包括 多個如權利要求I所述的混合式分壓器，它們之間是串聯(lián)和并聯(lián)連接的，以實現(xiàn)多個任務。
16.權利要求15所述的集成處理器，其中，通道集成在一個芯片上，或者分布在不同的芯片上面但是通過電極與導電材料相連接。
17.權利要求I所述的混合式分壓器，其中，輸出信號電路是Vwt控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)用來控制其它元件。
18.權利要求17所述的混合式分壓器，其中，輸出信號連接到額外的混合式分壓器的輸入端，用以控制后繼的額外的一個或多個分壓器単元，并且其中輸出信號用于作為控制元件和反饋元件的輸入。
19.權利要求17所述的混合式分壓器，還包括一個液體流動的流速控制模塊， 其中輸出信號連接到ー個對電壓的改變有反應的微泵，并且 其中高的輸出電壓會増加流體流動的流速，低的輸出電壓會降低流體流動的流速。
20.ー種裝置,包括 一個或多個如權利要求I所述的混合式分壓器， 其中，該ー個或多個混合式分壓器用于作為混合式復制器、混合式計算機、編碼器、解碼器、多路復用器或者其它的邏輯器件。
21.權利要求20所述的裝置，其中，混合式復制器中包括一個連接到多個液滴產生系統(tǒng)的混合式分壓器，以及其中，當該混合式分壓器中的液滴存在于兩個電極之間時，輸出信號能夠控制液滴產生系統(tǒng)產生液滴。
22.權利要求20所述的裝置，其中，編碼器將流體信息從ー種形式轉換為另ー種形式。
23.權利要求20所述的裝置，其中，解碼器執(zhí)行編碼器的反向功能。
24.權利要求20所述的裝置，包括多個由兩個混合式分壓器組成的邏輯門， 其中編碼器將流體信息從ー種形式轉換為另ー種形式，以及其中 解碼器執(zhí)行編碼器的反向功能。
25.權利要求24所述的裝置，其中，邏輯門包括 兩個“XOR”邏輯門，用于組成4到2線編碼器； ー個“NOR”邏輯門、ー個“B-\->A”邏輯門、ー個“ A-\->B ”邏輯門和ー個“AND ”邏輯門，用于組成2到4線解碼器；以及 ー個“OR”邏輯門、ー個“B — A”邏輯門、ー個“A — B”邏輯門和ー個“NAND”邏輯門，用于組成2到4線反向解碼器。
26.權利要求20所述的裝置，其中，多路復用器包括一個連接到ー個或者多個混合式開關的解碼器。
27.權利要求26所述的裝置，其中，混合式開關的驅動器是混合式分壓器的輸出信號能夠控制的閥門。
28.權利要求I所述的裝置，其中，控制元件選自由多種智能材料、電流變液(ERF)、磁流變液(MRF)、三維連接的軟閥門、氣體泵、電磁閥和流體閥組成的組中。
29.權利要求I所述的裝置， 其中，阻抗能夠以無限數(shù)量的串聯(lián)和并聯(lián)的構造連接，并且 其中，阻抗能連接到任何電路，用于精確的流體/電子控制或者信息處理。
30.ー種液滴產生模塊,包括 如權利要求I所述的混合式分壓器， 其中，元件和/或通道是制作在多層芯片上的，并且 該芯片層級結構能夠觸發(fā)和釋放電子信號和流體信號，并至少驅動電壓和流體。
31.一種液滴檢測系統(tǒng),包括 如權利要求I所述的混合式分壓器。
32.—種液滴反應系統(tǒng),包括 多個如權利要求I所述的混合式分壓器；以及 液滴融合模塊。
33.ー種混合式可變電阻器/分壓器，包括 流體通道裝置，其包括輸運載流體和液滴的裝置； 電壓輸入裝置，具有能夠由ー個或多個電子電路代替的電壓可調節(jié)的輸入裝置；電子元件裝置或電極裝置，能夠與流體通道中的載流體協(xié)作，以提供選自由電阻器、電感、和電容器構成的組中的阻抗； 控制裝置或反饋裝置，其對所述阻抗作出響應并且具有流體控制輸出；以及 其中，電極裝置中的至少兩個形成有關通道中的載流體的對電極。
34.權利要求33所述的混合式可變電阻器/分壓器，其中，載流體具有第一介電常數(shù)或導電率，液滴具有第二介電常數(shù)或導電率。
全文摘要
提供了一種電子－液體混合式分壓器，其包括一個簡單的平面液滴產生結構，一對信號電極(30，31)和一個響應控制閥門，該閥門可編程以對某些特定的信號液滴(50)做出反應，其基本電子原理是改變阻抗之間的分壓。檢測到的流體信息反映在電子的和流體的兩種形式上面，并且流體的流動路徑被限制在簡單平面的結構中(但是它的控制閥門在第二層)，從而減少流體干擾。各種不同的布局由若干相同的結構組成，可通過重新排列所需的分壓來改變它們的整體功能。該混合式分壓器可用來組裝成包括兩個入口和一個出口的簡單通道結構的流體通用邏輯門，并且可以通過改變不同的分壓來實現(xiàn)16種功能的轉換。可通過多個級聯(lián)的相同的混合式分壓器實現(xiàn)復雜的邏輯功能，并且僅通過改變不同的分壓方案即可實現(xiàn)不同的邏輯功能。
文檔編號H01C10/00GK102859616SQ201180018202
公開日2013年1月2日 申請日期2011年4月11日 優(yōu)先權日2010年4月9日
發(fā)明者溫維佳, 王力木, 王湘, 李順波 申請人:香港科技大學